同学们大家好！今天这节课我们学习另一种感知层技术—微机电系统技术。

本节课的主要内容包括微机电系统的概念、微机电系统的特点及应用、常用的微机电传感器3个部分，下面我们一一介绍。

一、微机电系统的概念

微机电系统是一种由微电子、微机械部件构成的微型器件，多采用半导体工艺加工，其概念始于20世纪80年代末。它一般泛指特征尺度在微米范围的装置。微机电系统是由微加工技术制备，特征结构在微米尺度的，集成有微传感器、微制动器、微电子信号处理与控制电路等部件的微型系统。其中微传感器获取外部信息，微电子信号处理与控制电路处理信息并作出决策，微致动器执行决策。微机电系统技术是一种必须同时考虑多种物理场混合作用的研发领域。完整的微机电系统技术是由微传感器、微制动器、信号处理与控制电路、通信接口和电源等部件组成的体化的微型器件系统。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，并集成于大尺寸系统中，从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。微机电系统技术在整个20世纪90年代都由汽车工业主导，在过去的几年中，由于苹果手机的出现，全世界的工程师都看到运动传感器(触屏滑动感应)带来的创新，使微机电系统技术在消费电子产业出现爆炸式的增长，成为改变终端产品用户体验以及实现产品差异化的核心要素，从而预见了系统及产品小型化、智能化、集成化的发展方向。

下面我们学习一下微机电系统技术的特点及应用

微机电系统除了在尺度上很小外，它还是一种高度智能化、高度集成的系统。同时在用材上，微机电系统突破了原来以钢铁为主，而采用硅、半导体材料、陶瓷以及纳米材料，具有较高的性价比，而且增加了使用寿命。它具有3个特点：微型化，指微机电系统器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、响应时间短。集成度高指可以将不同功能、不同敏感和致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，形成微传感器阵列或微执行器阵列，甚至可以把器件集成在一起以形成更为复杂的微系统。功能灵活强大指所消耗的能量远小于传统机械的十分之一，但却能以十倍以上的速度完成同样的工作。

基于微机电系统技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在国防、科研、工业、教育、医疗以及几乎人们所接触到的所有领域中。微机电系统技术正发展成为一个巨大的产业，就像近20年来微电子产业和计算机产业给人类带来的巨大变化一样，微机电系统也正在孕育一场深刻的技术变革并对人类社会产生新一轮的影响。目前微机电系统市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷嘴和硬盘驱动头等。大多数工业观察家预测，未来微机电系统器件的销售额将呈迅速增长之势，年平均增加率约为百分之十八，因此对机械电子工程、精密机械及仪器、半导体物理等学科的发展提供了极好的机遇和严峻的挑战。

三、常用的微机电传感器

1.微机电压力传感器。这种传感器是最早开发研制的微机械产品，也是微机械技术中最成熟、最早开始产业化的产品。从信号检测方式来看，微机电压力传感器分为压阻式和电容式两类，分别以微机电加工技术和牺牲层技术为基础制造。从敏感膜结构来看，有圆形、方形、E型等多种结构。目前，压阻式传感器耐压可达几百兆帕，过电压保护范围可达传感器量程的20倍以上，并能进行大范围内的全温补偿。图中为某轮胎压力传感器的内部结构以及外观图，该压力传感器利用传感器中的硅应变电阻在压力作用下发生形变而改变电阻来测量压力，测试时使用了传感器内部集成的测量电桥。

2.微机电加速传感器，这是继微机电压力传感器之后，第二个进入市场的微机械传感器。主要通过半导体工艺在硅片中加工出可以在加速运动中发生形变的结构，并且能够引起电特性的改变，如变化的电阻和电容。如图所示。

3.微机械陀螺仪，也称为角速度传感器，是用来测量物体旋转快慢的传感器。它在运输系统，如导航、制动调节控制和加速度等方面有很多应用。按照制作原理及结构可将其大致分为机械式陀螺仪、光学陀螺仪、微机械陀螺仪三类。微机械陀螺仪主要由转子式、振动式微机械陀螺仪和微机械加速度陀螺仪三种，目前，微机电系统陀螺仪基本都是振动式的，如图所示为一种采用超小栅格陈列封装的多轴陀螺仪。以上几种微机电传感器具有体积小、能耗低等多种优势，在电子设备中早在几年前就开始使用，从游戏机到手机，从笔记本到家电，运动控制式用户界面和增强的保护系统给所有的消费电子产品带来很多好处。可见它们在民用消费领域和国防领域都具有广泛的应用前景。

以上就是本节课的全部内容，同学们我们下节见。

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